De nouvelles possibilités de vie au fond de l’océan terrestre, et peut-être dans les océans d’autres planètes

Dans le monde étrange et sombre des fonds océaniques, les crevasses sous-marines, appelées cheminées hydrothermales, abritent des communautés de vie complexes. Ces évents rejettent des liquides chauds dans l’eau de mer glaciale, créant les forces chimiques nécessaires aux minuscules organismes vivant dans cet environnement hostile.

Dans une étude récemment publiée, les biogéologues Jeffrey Dick et Everett Schock identifient que les environnements hydrothermaux des fonds marins fournissent un habitat unique dans lequel certains organismes peuvent prospérer. Ce faisant, ils ont ouvert de nouvelles possibilités de vie dans l’obscurité au fond des océans sur Terre, ainsi que dans le monde entier. système solaire. Leurs résultats ont été publiés dans Journal of Geophysical Research: Sciences biogéologiques.

Sur Terre, lorsque les êtres vivants tirent leur énergie de la nourriture qu’ils mangent, ils le font par le biais d’un processus appelé respiration cellulaire, dans lequel l’oxygène est absorbé et le dioxyde de carbone libéré. Biologiquement parlant, les molécules de notre alimentation sont instables en présence d’oxygène, et c’est cette instabilité que nos cellules exploitent pour la croissance et la reproduction, un processus appelé biosynthèse.

Mais pour les organismes qui vivent au fond de la mer, les conditions de vie sont très différentes.

« Sur Terre, dans l’atmosphère riche en oxygène de la Terre, on sait que la fabrication de molécules de vie nécessite de l’énergie », a déclaré le co-auteur Shock du College of Earth and Space Exploration et du College of Molecular Sciences de l’Arizona State University. . Dans un contraste saisissant, environ bouches hydrothermales Au fond de la mer, des fluides chauds se mélangent à de l’eau de mer extrêmement froide pour créer des conditions dans lesquelles les molécules de vie libèrent de l’énergie.

Dans les écosystèmes microbiens des grands fonds, les organismes prospèrent près des évents où le fluide hydrothermal se mélange à l’eau de mer environnante. Des recherches antérieures menées par Shock ont ​​révélé que la biosynthèse des éléments constitutifs cellulaires essentiels, tels que Acides aminés Et les saccharides, particulièrement favorables dans les régions où les cheminées sont constituées de roches supermafiques (roches ignées et métalliques à très faible teneur en silice), car ces roches produisent le plus d’hydrogène.

Outre les éléments constitutifs tels que les acides aminés et les sucres, les cellules doivent former des molécules plus grosses, ou polymères, également appelés biomolécules. Les protéines sont les plus abondantes de ces molécules dans les cellules, et la réaction de polymérisation (dans laquelle de petites molécules se combinent pour produire une biomolécule plus grosse) elle-même nécessite de l’énergie dans presque tous les environnements imaginables.

a déclaré l’auteur principal Dick, qui était chercheur postdoctoral à l’Arizona State University lorsque cette recherche a commencé et qui est actuellement chercheur en géochimie à la School of Earth Sciences and Information Physics de la Central South University à Changsha, en Chine. « Par conséquent, il existe deux flux d’énergie opposés : la libération d’énergie par biosynthèse des éléments de base et l’énergie nécessaire à la polymérisation. »

Ce que Dick et Shock voulaient savoir, c’est ce qui se passe lorsque vous les ajoutez : obtenez-vous des protéines dont la structure globale correspond vraiment à la zone de mélange ?

Ils ont abordé ce problème en utilisant une combinaison unique de théorie et de données.

En théorie, ils ont utilisé un modèle thermodynamique des protéines, appelé « agrégation de masse », qui représente les acides aminés spécifiques dans séquence de protéines Ainsi que les énergies de polymérisation. Pour les données, ils ont utilisé tous les fichiers . protéine séquence dans génome entier bien pensé évent Un organisme appelé Methanocalococcus jannaschii.

En effectuant les calculs, ils ont pu montrer que la synthèse globale de presque toutes les protéines du génome est appelée énergie Dans la zone de mélange d’un évent hébergé supermafique à une température où cet organisme se développe le plus rapidement, à environ 185°F (85°C). En revanche, dans un système de ventilation différent qui produit moins d’hydrogène (un système hébergé par le basalte), la synthèse des protéines est inadaptée.

« Ce résultat offre une nouvelle perspective non seulement à la biochimie mais aussi à l’environnement car il indique que certains groupes de les êtres vivants Dick a déclaré qu’il est intrinsèquement préféré dans des environnements hydrothermaux spécifiques. Des études d’écologie microbienne ont montré que les méthanogènes, dont Methanocaldococcus jannaschii est l’un des représentants, sont plus abondants dans les systèmes d’aération supermafiques que dans les systèmes basaltiques. L’énergie positive de la synthèse des protéines dans les systèmes hébergés ultramafiques est cohérente avec cette distribution. « 

Pour les prochaines étapes, Dick et Schock cherchent des moyens d’utiliser ces calculs actifs à travers l’arbre de la vie, qui, espèrent-ils, fourniront un lien plus étroit entre la géochimie et l’évolution du génome.

« Au fur et à mesure que nous explorons, on nous rappelle à maintes reprises que l’endroit dans lequel nous vivons ne devrait jamais être assimilé à ce qui est habitable », a déclaré Schock.